近壁面水下爆炸气泡运动的数值计算研究

基于MSC.DYTRAN非线性有限元软件建立炸药爆轰与冲击波传播的一维有限元模型,通过与冲击波压力峰值经验公式对比,验证模型的正确性。将一维数值计算结果映射到三维流场中以确定气泡运动的初始条件,开发定义流场初始条件与边界条件的子程序,对近刚性壁面气泡运动过程进行仿真分析,通过与实验结果的对比,验证三维数值计算模型的正确性。以此为基础,研究刚性面角度以及距离参数对气泡运动、射流角度、速度的影响规律,计算模型、方法及结果对相关的工程研究和计算具有一定参考价值。     

水下爆炸气泡射流对船体破坏效应研究

兵器水下爆炸时,由于船体边界存在影响了气泡自由膨胀,使气泡上升过程中会朝船体方向运动,气泡被船体吸引破裂后形成的高速水射流是舰船结构毁伤的重要因素。基于GeersHunter理论,将射流形状等效为水柱射流,采用数值仿真计算方法研究气泡射流对舰船结构的破坏效应。研究结果表明:气泡射流对船体结构的二次加载压力能使船体外板出现较大范围的塑性变形,使船体结构受到严重二次毁伤。     

近自由面水下爆炸气泡运动的数值计算研究

采用体积加速度模型确定水下爆炸气泡运动的初始条件,基于MSC.DYTRAN有限元软件开发了定义流场初始条件和边界条件的子程序,对近水面水下爆炸气泡脉动全物理过程和自由面水冢运动特性进行了数值模拟,将气泡脉动全过程和水冢运动高度的计算结果分别与实验结果、经验公式进行对比,验证有限元模型建立和子程序开发的正确性.以此为基础...     

水下爆炸气泡脉动的数值研究磁

利用AUTODYN软件模拟PETN药柱和TNT球形装药水下爆炸气泡脉动的过程,分析了脉动周期与最大半径随装药量、爆炸深度的变化规律。结果表明：当炸药所处的爆炸深度一定时,气泡膨胀最大半径与初始半径的比值、气泡脉动周期与初始半径的比值均为一个定值;一定质量的TNT装药水下爆炸时,气泡最大半径随爆炸深度呈指数形式变化且该变化规律与装药量无关;在不考虑重力的影响下,装药的爆炸深度一定时,当装药的初始半径成倍增加时,气泡脉动最大半径亦成相同倍数增加。     

近场水下爆炸气泡与目标尺寸匹配关系研究

为了探究不同尺寸结构与气泡的相互作用机理,开展了2.5 g TNT在边长为20 cm、40 cm和70 cm固支方板底部15 cm处起爆的水下爆炸实验,通过观察实验高速录像以及传感器测得的压力数据结果得到：板的尺寸过小时,气泡在膨胀过程中会与空气接触,使得气泡脉动过程终止。为进一步探究爆炸气泡与目标尺寸的匹配关系,采用Abaqus软件中的CEL算法,固支方板以拉格朗日网格建立,其余部分以欧拉网格建立,对近场水下爆炸气泡的动力学行为以及压力数据进行数值模拟,通过将仿真结果与实验拍摄到的气泡现象与测得的压力时程曲线做对比验证了仿真方法的可行性。以爆炸深度除以最大气泡半径为比深度,以板的边长除以最大气泡半径为边长,接着开展了板边长为0.455到3.182倍最大理论气泡半径、爆距为0.455到1.136倍最大理论气泡半径的系列仿真。仿真结果表明：随着板尺寸的减小,气泡越容易提前溃散;以无量纲板尺寸和无量纲爆深为变量给出能否形成一个完成气泡脉动的分界函数;爆距与板尺寸距离分界线越近,气泡脉动结束时间越早。     

水下爆炸近距气泡作用下船体箱型梁损伤特性数值模拟方法研究

为了研究水下爆炸近距气泡作用下船体结构损伤特性的数值模拟方法,以某实船缩比试验模型——箱型梁为仿真对象,应用MSC-DYTRAN非线性瞬态有限元分析软件,建立了船体箱型梁在水下爆炸近距气泡作用下的仿真模型,欧拉水域中考虑静水压力场,采用开放式流场边界技术处理流场边界,应用自适应网格技术处理多材料多欧拉域,引入修正的冲击波压力场对冲击波作用阶段进行修正。对冲击因子为0.236的典型试验工况进行数值模拟,分析了箱型梁在近距气泡作用下的破坏机理,并将数值计算结果与试验结果进行对比,结果表明:船体结构与气泡相互作用规律、船体结构的破坏模式及典型部位的应变时程曲线与试验结果吻合良好,两者误差在25%以内,该方法为利用数值手段研究爆炸气泡对整船的毁伤特性提供了一个有效的解决途径。     

水底爆炸气泡脉动特性

为研究水底爆炸气泡脉动特性,采用PAMFLOW软件和基于JWL状态方程的气泡脉动计算程序对水底爆炸气泡脉动特性进行了数值计算,并用经验公式对自由水域爆炸气泡脉动特性进行了计算.计算结果表明水底爆炸在整个气泡运动过程中,气泡的中心向海底贴附,并形成指向海底的高速射流,气泡被压扁;水底爆炸的气泡膨胀半径大于在无限水域中爆炸;2种数值计算结果比较吻合,且与经验公式计算结果相符,说明采用这2种数值计算方法来研究水底爆炸气泡脉动特性合理.     

水下爆炸气泡图像边界提取方法

为准确提取水下爆炸气泡图像边界,尝试采用在边界识别中常用的canny算子边缘检测方法,但结果并不理想。在此基础上提出了先将灰度图像转换成索引图像,采用二维离散小波分解方法小波变换方法对索引图像进行分解,针对分解的图像轮廓部分主要体现在低频部分的特点对低频部分进行增强处理,对高频部分进行衰减处理,然后对处理后的图像进行canny算子边缘检测。结果表明:小波增强后的canny算子边缘检测方法处理出来的气泡图像边界清晰,可作为进一步分析研究的依据。     

模拟不同海拔水下爆炸气泡动态特性研究

不同海拔高度进行水下爆破工程时,因水体表面气压随海拔的升高而线性降低,其装药爆炸产生的气泡脉动过程及气泡大小将会发生一定的变化。通过爆炸载荷的测试以及高速摄影2种测试方法对气泡脉动进行了研究。结果表明:在海拔0～4 500 m范围内随着气压降低,气泡脉动周期按二阶多项式规律显著增大,2种方法所得数值误差小于3.8%,数据一致性较好;在海拔0～3 500 m范围内气泡最大半径随海拔升高而线性变大,而4 000 m和4 500 m有突跃变化。将研究结果与水下爆炸气泡周期理论公式进行了比较,并对理论公式在低气压这一特定条件下进行修正,得出的气泡脉动周期系数由原来的2.11修正为1.995,而气泡最大半径系数是一个与海拔有关的一次函数。     

水下爆炸气泡对内加筋圆柱壳结构毁伤机理分析

以内加筋圆柱壳为研究对象,对近距离非接触爆炸作用下气泡的脉动载荷以及气泡溃破高速射流对内加筋圆柱壳结构的毁伤机理进行计算分析,并且探讨结构参数、药包位置等相关物理量对结构变形特征与毁伤模式的影响。研究结果表明,水下爆炸气泡膨胀产生的膨胀脉动冲击造成结构的整体变形,另一方面气泡溃破所造成的高速射流(速度 > 100 m/s)则会对局部区域造成严重破坏,弹塑性边界以及自由液面效应会对气泡的形状产生显著的影响。     

水下爆破导爆索独立传爆技术

本文介绍了水下爆破导爆索独立的传爆技术的实际应用，详述了导爆索水下传爆的特点，施工工艺，网路以及参数设计等问题。     

水下爆炸毁伤水下目标的频谱特性研究

利用水下爆炸试验中加速度传感器测得的轴向、径向及周向上的加速度数据,通过频域分析方法提取其频域特征参量,选取各向加速度短时傅里叶变换的最大谱值作为特征量。在此基础上,构造了判别函数对不同试验工况毁伤水下目标的毁伤效果进行了评估,最后通过计算核函数给出了目标毁伤曲线。结果表明,利用频域特征参量能较好的评估水下目标的毁伤情况。     

炸药水中爆炸气泡脉动分析计算

分析了水中爆炸气泡脉动的物理规律,对其演化过程在考虑水为可压与不可压2种情况下进行了数值求解.由于假设水具有不同的状态,求解得出了气泡半径及径向速度随时间变化的规律.编写的一维ALE动力学程序计算分析了水下爆炸过程,气泡脉动计算结果与实际过程非常吻合.     

水下爆炸中压力载荷测量与分析

对水下爆炸中自由场压力的水面截断效应及冲击载荷与船体相互作用的船体壁压进行了分析,得出了自由场压力的水面截断效应及早期的船体壁压计算近似公式,并与实际水下爆炸试验测量结果进行了对比.从试验测量中还可以看出,在迎爆面上同一点的舰体壁压峰值约为自由场压力峰值的1.4到1.8倍,舰体壁压反射系数与冲击波的入射角度有关.